KR101736510B1 - 장벽 층을 갖는, 복합재용 표면 형성 필름 - Google Patents

장벽 층을 갖는, 복합재용 표면 형성 필름 Download PDF

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마이클 디 스완
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트로서, 경화된 수지 매트릭스를 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스의 적어도 하나의 층; 및 경화된 수지 매트릭스에 결합되고 라미네이트의 표면을 형성하며, 적어도 하나의 장벽 층, 및 고온 경화 접착제로부터 유도되는 적어도 하나의 경화된 접착제 층을 포함하는 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트가 제공된다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층(들)은 유기 용매, 물, 및/또는 기체에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있다. 다른 태양에서, 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트로서, a) 경화된 수지 매트릭스를 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스의 적어도 하나의 층; 및 b) 경화된 수지 매트릭스에 결합되고 라미네이트의 표면을 형성하며, 적어도 하나의 장벽 층, 및 적어도 하나의 전기 전도성 층을 포함하는 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트가 제공된다. 다른 태양에서, 장벽 층 및 경화성 접착제 층을 포함하는 표면 형성 구조물이 제공된다.

Description

장벽 층을 갖는, 복합재용 표면 형성 필름{SURFACING FILM FOR COMPOSITES WITH BARRIER LAYER}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2008년 12월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/122633호의 이득을 주장한다.
본 발명은 적어도 하나의 장벽 층(barrier layer)을 포함하는 표면 형성 구조물(surfacing construction)(표면 형성 필름)을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트(fiber reinforced resin matrix composite laminate)에 관한 것이다.
섬유 보강 수지 매트릭스 또는 섬유 보강 플라스틱(FRP) 매트릭스 복합 라미네이트("복합재")의 사용은 그들의 가벼운 중량, 높은 강도 및 강성 때문에 항공우주산업, 자동차 및 기타 수송 산업에서 다양한 응용을 위하여 널리 허용되어 왔다. 중량 감소 이익 및 성능 향상은 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트를 산업적 응용으로 구현하는 것을 지지하는 최대의 구동원이다. 비행기 동체 섹션 및 날개 구조체를 비롯한 다양한 우주항공산업 구성요소가 유리섬유 및 탄소 섬유 보강 복합재로부터 제조되고 있다. 복합재는 비행기, 풍력 발전기, 자동차, 스포츠 용품, 가구, 버스, 트럭, 보트, 기차, 및 강하고 가벼운 재료 또는 부품의 결합이 유리한 다른 응용을 위한 많은 부품들의 제작에 이용된다. 가장 흔히 섬유는 탄소, 유리, 세라믹 또는 아라미드로 제조되며, 수지 매트릭스는 유기 열경화성 또는 열가소성 재료다. 이들 부품은 전형적으로 20℃ 내지 180℃의 온도에서, 때로는 최대 230℃의 온도에서, 그리고 때로는 최대 360℃의 온도에서 진공 및/또는 압력 하에서 제조된다.
간단하게 말해서, 본 발명은 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트로서, a) 경화된 수지 매트릭스를 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스의 적어도 하나의 층; 및 b) 경화된 수지 매트릭스에 결합되고 라미네이트의 표면을 형성하며, i) 적어도 하나의 장벽 층, 및 ii) 고온 경화 접착제로부터 유도되는 적어도 하나의 경화된 접착제 층을 포함하는 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트를 제공한다. 전형적으로, 경화된 접착제 층은 경화된 수지 매트릭스에 결합된다. 전형적으로, 장벽 층(들)은 경화된 접착제 층(들)의 조성과는 상이한 조성을 갖고, 장벽 층(들)은 경화된 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖고, 경화된 접착제 층(들)은 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 장벽 층(들)은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 물에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 기체에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 전기 전도성 층, EMI 차폐 층, UV 보호 층, 또는 점탄성 층 중 하나 이상을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층은 퍼플루오르화일 수도 있고 비-퍼플루오르화일 수도 있는 플루오로중합체를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 경화된 접착제 층은 다이시안다이아미드-경화된 에폭시 접착제를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 경화된 접착제 층은 아민-경화된 에폭시 접착제인 경화된 에폭시 접착제를 포함하지 않는다.
다른 태양에서, 본 발명은 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 제조 방법으로서, a) 경화성 수지 매트릭스를 포함하는 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스를 제공하는 단계; b) i) 적어도 하나의 장벽 층, 및 ii) 적어도 하나의 경화성 접착제 층을 포함하는 표면 형성 구조물을 제공하는 단계; c) 라미네이트의 원하는 형상과는 반대인 형상을 갖는 공구(tool)를 제공하는 단계; e) 특정 연대순으로는 아니지만 표면 형성 구조물이 공구와 접촉되고 적어도 하나의 경화성 접착제 층이 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스와 접촉되는 상태로, 표면 형성 구조물 및 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스를 공구 내에 적층하는 단계; 및 f) 경화성 수지 매트릭스 및 경화성 접착제 층을 경화시켜 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트를 제조하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 전형적으로, 장벽 층(들)은 경화성 접착제 층(들)의 조성과는 상이한 조성을 갖고, 장벽 층(들)은 경화된 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의 경화성 접착제 층은 경화성 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 장벽 층(들)은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 물에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 기체에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 전기 전도성 층, EMI 차폐 층, UV 보호 층, 또는 점탄성 층 중 하나 이상을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층은 퍼플루오르화일 수도 있고 비-퍼플루오르화일 수도 있는 플루오로중합체를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 경화성 접착제 층은 에폭시 접착제 및 다이시안다이아미드 경화제를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 경화성 접착제 층은 아민-함유 경화제를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의, 그리고 일부 경우에는 모든 경화성 접착제 층(들)은 경화성 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의, 그리고 일부 경우에는 모든 경화성 접착제 층(들)은 경화성 수지 매트릭스의 조성과 동일한 조성을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의, 그리고 일부 경우에는 모든 경화성 접착제 층(들)은 경화성 수지 매트릭스이다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의, 그리고 일부 경우에는 모든 경화성 접착제 층(들)은 경화성 수지 매트릭스가 아니다.
다른 태양에서, 본 발명은 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트로서, a) 경화된 수지 매트릭스를 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스의 적어도 하나의 층; 및 b) 경화된 수지 매트릭스에 결합되고 라미네이트의 표면을 형성하며, i) 적어도 하나의 장벽 층, 및 iii) 적어도 하나의 전기 전도성 층을 포함하는 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트를 제공한다. 전형적으로 장벽 층(들)은 경화된 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 장벽 층(들)은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 물에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 기체에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 경화된 접착제 층, UV 보호 층, 또는 점탄성 층 중 하나 이상을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층은 퍼플루오르화일 수도 있고 비-퍼플루오르화일 수도 있는 플루오로중합체를 포함할 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 적어도 하나의 장벽 층 및 적어도 하나의 경화성 접착제 층을 포함하는 표면 형성 구조물을 제공한다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 장벽 층(들)은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 물에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있고/있거나, 기체에 대하여 실질적으로 불투과성일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 전기 전도성 층, EMI 차폐 층, UV 보호 층, 또는 점탄성 층 중 하나 이상을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층은 퍼플루오르화일 수도 있고 비-퍼플루오르화일 수도 있는 플루오로중합체를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 경화성 접착제 층은 에폭시 접착제 및 다이시안다이아미드 경화제를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 경화성 접착제 층은 아민-함유 경화제를 포함하지 않는다.
도 1은 하기의 실시예에 기술된 비교용 복합 라미네이트의 개략도.
도 2는 하기의 실시예에 기술된 비교용 복합 라미네이트의 개략도.
도 3은 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 4는 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 5는 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 6은 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 7은 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 8은 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 9는 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 10은 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 11은 하기의 실시예에 기술된 비교용 복합 라미네이트의 개략도.
도 12는 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 13은 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 14는 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 15는 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 16은 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
도 17은 하기의 실시예에 기술된 본 발명에 따른 표면 형성 구조물을 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 개략도.
섬유 보강 수지 매트릭스 또는 섬유 보강 플라스틱(FRP) 매트릭스 복합 라미네이트("복합재")는 그들의 가벼운 중량, 높은 강도 및 강성 때문에 항공우주산업, 자동차 및 기타 수송 산업에서 다양한 응용을 위하여 널리 허용되어 왔다. 그러나, 경화 동안, 핀-홀(pin-hole)이 그러한 부품의 표면 층에 형성될 수 있다. 그러한 결함은 표면의 외관에 악영향을 미치고, 원하지 않는 유체가 침투하는 경로로서 기능하고 부품의 성능을 열화시킨다. 이들 핀-홀은 표면을 매끄럽게 충전하고/하거나 연마하는 별도의 작업에서 제거되어야 한다.
비행 동안, 항공기 표면은 대량의 정전하(static charge)를 생성할 수 있다. 금속 구조체 상에서는, 이것이 금속에 의해 멀리 전도된다. 복합 구조체 상에서는, 이러한 문제를 다루기 위하여 페인트의 전도성 층이 표면에 적용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본 발명에 따른 복합재는 하나 이상의 전기 전도성 층을 포함하는 표면 형성 필름을 포함한다. 전형적으로, 그러한 복합재는 전기 전도성 또는 정전기 소산성 코팅, 예를 들어 페인트를 포함하지 않는다.
비보호된 복합 부품은 UV 방사선, 예를 들어 태양광에 의해 손상될 수 있다. 이 문제를 극복하기 위하여, 부품은 UV 보호 코팅, 페인트 또는 피복(covering)으로 보호될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본 발명에 따른 복합재는 하나 이상의 UV 흡수 또는 반사 층을 포함하는 표면 형성 필름을 포함한다. 전형적으로, 그러한 복합재는 UV 보호 코팅, 페인트 또는 피복을 포함하지 않으며, UV 또는 태양광에 대한 노출로부터 추가의 보호를 필요로 하지 않을 수 있다.
알루미늄 또는 금속 외장 차량 구조체는 EMI로부터 내부 시스템 및 적재물을 차폐할 뿐만 아니라 내부적으로 발생된 장(field)이 차량을 지나 방사되는 것을 억제한다. 많은 복합 부품은 금속 구조체와 동일한 이러한 수준의 차폐를 제공하지 못한다. 이러한 차폐는 펴진 금속 포일의 직조 금속 천을 구조체 내에 포함시킴으로써 흔히 생성된다. 전도성 장벽 층은 그러한 추가된 요소에 대한 요건을 제거할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본 발명에 따른 복합재는 하나 이상의 전도성 층 또는 EMI 차단 층을 포함하는 표면 형성 필름 또는 장벽 층을 포함한다. 전형적으로, 그러한 복합재는 복합 구조체 내의 어딘가 다른 곳에 전도성 층 또는 EMI 차단 층을 포함하지 않는다.
본 발명은 복합 부품의 제조에 있어서 사용하기 위한 적어도 하나의 중합체성 장벽 층 및 적어도 하나의 경화성 층을 포함하는 표면 형성 구조물, 복합 부품의 제조에 있어서 표면 형성 구조물을 사용하는 방법, 및 경화 전 또는 후의 그러한 표면 형성 구조물을 사용하여 제조되거나 또는 이를 갖는 복합 부품을 제공한다. 표면 형성 구조물은 두께가 254 마이크로미터(10 밀(mil)) 미만, 더 전형적으로 152.4 마이크로미터(6 밀) 미만, 더 전형적으로 101.6 마이크로미터(4 밀) 미만, 더 전형적으로 76.2 마이크로미터(3 밀) 미만, 더 전형적으로 50.8 마이크로미터(2 밀) 미만, 더 전형적으로 25.4 마이크로미터(1 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 19.1 마이크로미터(0.75 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 15.2 마이크로미터(0.60 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 12.7 마이크로미터(0.50 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 6.35마이크로미터(0.25 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 2.54 마이크로미터(0.10 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 1.27 마이크로미터(0.05 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 0.25 마이크로미터(0.01 밀) 미만이다. 표면 형성 구조물은 전형적으로 두께가 적어도 0.025 마이크로미터(0.001 밀)이다.
경화성 층
본 발명의 경화성 층은 장벽 층의 적어도 하나의 표면 상에 열 또는 수분 경화성 접착제를 포함한다. 그러한 경화성 접착제의 예에는 에폭시 수지(에폭사이드 수지 및 경화제의 혼합물), 아크릴레이트, 시아노-아크릴레이트, 및 우레탄이 포함된다. 본 발명의 방법에서 사용되는 경화성 접착제는 경화 후 접촉에 대해 비점착성(non-tacky)이며, 열경화성인데, 즉 열, 촉매, UV 광 등의 작용을 통하여 경화된다. 본 발명의 보호 용품에 유용한 에폭사이드 수지는 적어도 하나의 옥시란 고리를 갖는, 즉 개환 반응에 의해 중합가능한 임의의 유기 화합물이다. 넓게는 에폭사이드라 불리는, 그러한 재료에는 단량체성 및 중합체성 에폭사이드 둘 모두가 포함되며, 지방족, 복소환식, 지환족, 또는 방향족일 수 있으며, 이들의 조합일 수 있다. 그들은 액체 또는 고체 또는 그 블렌드일 수 있으며, 블렌드가 경화 전에 점착성 접착 필름을 제공하기에 유용하다. 이들 재료는 일반적으로 분자당 평균 적어도 2개의 에폭시 기를 가지며, "폴리에폭사이드"라고도 불린다. 중합체성 에폭사이드에는 말단 에폭시 기를 갖는 선형 중합체(예를 들어, 폴리옥시알킬렌 글리콜의 다이글리시딜 에테르), 골격 옥시란 단위를 갖는 중합체(예를 들어, 폴리부타디엔 폴리에폭사이드), 및 펜던트 에폭시 기를 갖는 중합체(예를 들어, 글리시딜 메타크릴레이트 중합체 또는 공중합체)가 포함된다. 에폭시 수지의 분자량은 약 74 내지 약 100,000 또는 그 이상으로 다양할 수 있다. 유용한 에폭사이드 수지에는 사이클로헥센 옥사이드 기, 예를 들어 에폭시사이클로헥산 카르복실레이트 - 3,4-에폭시사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥산 카르복실레이트, 3,4-에폭시-2-메틸사이클로헥실메틸-3,4-에폭시-2-메틸사이클로헥산 카르복실레이트, 및 비스(3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸) 아디페이트로 대표됨 - 를 함유하는 것들이 포함된다. 이러한 성질을 갖는 유용한 에폭사이드의 보다 상세한 목록을 위하여, 미국 특허 제3,117,099호를 참고할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시에 특히 유용한 에폭사이드 수지에는 하기 화학식의 글리시딜 에테르 단량체가 포함된다:
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여기서, R'는 지방족, 예를 들어 알킬; 방향족, 예를 들어 우일(uyl); 또는 그 조합이며, n은 1 내지 6의 정수이다. 예는 다가 페놀의 글리시딜 에테르, 예를 들어 2,2-비스-(4-하이드록시페놀)프로판 (비스페놀 A)의 다이글리시딜 에테르 및 (클로로메틸)옥시란과 4,4'-(1-메틸에틸리덴)비스페놀의 공중합체이다. 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 이러한 유형의 에폭사이드의 추가의 예가 미국 특허 제3,018,262호에 기술되어 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 구매가능한 에폭사이드 수지가 많이 있다. 특히, 용이하게 입수가능한 에폭사이드에는 스티렌 옥사이드, 비닐사이클로헥센 옥사이드, 글리시돌, 글리시딜 메타크릴레이트, 비스페놀 A의 다이글리시딜 에테르(예를 들어, 셸 케미칼 컴퍼니(Shell Chemical Company)로부터 상표명 "에폰(EPON) S28", "에폰 1004", 5 및 "에폰 1001F, 및 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Company)로부터 상표명 "DER-332" 및 "DER-334"로 입수가능한 것들), 비스페놀 F의 다이글리시딜 에테르(예를 들어, 시바-가이기 코포레이션(Ciba-Geigy Corporation)으로부터 상표명 "아랄다이트(ARALDITE) GY28 1", 및 셸 케미칼 컴퍼니로부터 상표명 "에폰 862"로 입수가능한 것들), 비닐사이클로헥산 다이옥사이드(예를 들어, 유니온 카바이드 코포레이션(Union Carbide Corporation)으로부터 상표명 "ERL-4206"을 갖는 것), 3,4-에폭시사이클로헥실-메틸-3,4-에폭시사이클로헥센 카르복실레이트(예를 들어, 유니온 카바이드 코포레이션으로부터 상표명 "ERL-4221"을 갖는 것), 2-(3,4-에폭시사이클로헥실-5,5-스피로-3,4-에폭시) 사이클로헥산-메타다이옥산(예를 들어, 유니온 카바이드 코포레이션으로부터 상표명 "ERL-4234"를 갖는 것), 비스(3,4-에폭시사이클로헥실) 아디페이트(예를 들어, 유니온 카바이드 코포레이션으로부터 상표명 "ERL-4299"를 갖는 것), 다이펜텐 다이옥사이드(예를 들어, 유니온 카바이드 코포레이션으로부터 상표명 "ERL-4269"를 갖는 것), 에폭시화 폴리부타디엔(예를 들어, 에프엠씨 코포레이션(FMC Corporation)으로부터 상표명 "옥시론(OXIRON) 2001"을 갖는 것), 난연성 에폭사이드 수지(예를 들어, 다우 케미칼 컴퍼니로부터 입수가능한 브롬화 비스페놀 유형 에폭시 수지인 상표명 "DER-542"를 갖는 것), 1,4-부탄다이올 다이글리시딜 에테르(예를 들어, 시바-가이기 코포레이션으로부터 상표명 "아랄다이트 RD-2"를 갖는 것), 할로겐화 비스페놀 A계 에폭사이드 수지의 다이글리시딜 에테르(예를 들어, 셸 케미칼 컴퍼니로부터 상표명 "에포넥스(EPONEX) 1510"를 갖는 것), 및 페놀-포름알데히드 노볼락의 폴리글리시딜 에테르(예를 들어, 다우 케미칼 컴퍼니로부터 상표명 "DEN-431" 및 "DEN-438"을 갖는 것)이 포함된다.
용어 "경화제"는 통상적으로 경화제로서 여겨지는 재료뿐만 아니라 에폭시 중합을 촉매하는 재료 및 경화제 및 촉매 둘 모두로서 작용할 수 있는 재료를 포함하는 것으로 광범위하게 사용된다. 에폭사이드 수지에 바람직한 경화제에는, 예를 들어 실온 경화제, 열활성화 경화제, 및 그 조합, 및 광분해 활성화 경화제가 포함된다. 실온 경화제 및 열활성화 경화제에는, 예를 들어 에폭시 단일중합형(homopolymerization type) 경화제 및 부가형(addition type) 경화제의 블렌드가 포함될 수 있다. 경화제는 바람직하게는 약 실온 내지 약 200℃, 더 바람직하게는 약 실온 내지 150℃, 더욱 더 바람직하게는 약 실온 내지 약 115℃의 온도에서 반응한다. 이 경화제들이 복합 용품을 제조하기 위한 프리프레그(prepreg)를 제조하는 데 사용되는 에폭시 수지에 사용된다면, 경화제는 바람직하게는 약 93℃(200℉) 내지 약 230℃(450℉)의 범위의 온도에서 반응한다.
표면 형성 구조물은 임의의 적합한 경화성 층을 포함할 수 있으며, 이러한 경화성 층에는 일부 실시 형태에서는 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 2005년 2월 17일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/059834호, 또는 2008년 11월 26일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/118242호에 개시된 것들이 포함된다. 그러한 층에는 쓰리엠(3M)™ 스카치-웰드(Scotch-Weld)™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름(Structural Adhesive Film) AF163-2, 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF163-2LS, 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF163-2XS, 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF191, 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF191XS, 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 로우 덴시티 컴포지트 서피싱 필름(Low Density Composite Surfacing Film) AF 325LS, 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 로우 덴시티 컴포지트 서피싱 필름 AF 325, 사이텍(Cytec) FM 300LS, 사이텍 1515-3LS, 헨켈(Henkel) PL 793LS, 헨켈 신스킨(Synskin)™, 사이텍 서피스 마스터(Surface Master)™ 905, 사이텍 서피스 마스터™ 905LS, 및 유사한 조성을 갖는 층이 포함될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 경화성 접착제는 감압 접착제가 아니다.
일부 실시 형태에서, 경화성 접착제는 고온 경화 접착제이다. 일부 실시 형태에서, 고온 경화 접착제는 T 초과의 온도에서는 6시간 미만 내에 경화되고, t 미만의 온도에서는 48시간 내에 경화에 실패하는 것인데, 여기서 T는 일부 실시 형태에서는 80℃, 일부 실시 형태에서는 100℃, 일부 실시 형태에서는 120℃, 그리고 일부 실시 형태에서는 180℃이며, t는 일부 실시 형태에서는 25℃, 일부 실시 형태에서는 35℃, 그리고 일부 실시 형태에서는 50℃이다. 일부 실시 형태에서, 고온 경화 접착제는 전형적으로 80℃ 초과에서 경화되는 복합 매트릭스 수지의 온도-의존성 경화 특성과 유사한, 일부 실시 형태에서는 10% 이내의 온도 변화와 유사한, 일부 실시 형태에서는 20% 이내의 온도 변화와 유사한, 그리고 일부 실시 형태에서는 30% 이내의 온도 변화와 유사한 온도-의존성 경화 특성을 갖는 것이다.
일부 실시 형태에서, 경화성 층은 경화제를 포함한다. 임의의 적합한 경화제가 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 경화제는 다이시안다이아미드를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 경화제는 다이시안다이아미드이다. 일부 실시 형태에서, 경화제는 아민 경화제를 배제시킬 수 있다. 다이시안다이아미드 경화제를 비롯한 경화성 접착제의 구매가능한 예에는 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF 555 및 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF 191이 포함된다.
장벽 층
표면 형성 구조물은 임의의 적합한 중합체성 장벽 층을 포함할 수 있는데, 이러한 장벽 층에는 일부 실시 형태에서는 상기에 기술된 경화성 층의 부분 또는 완전 경화된 층이 포함된다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 장벽 층은 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리부타디엔, 탄성중합체, 에폭시, 플루오로중합체, 폴리카르보네이트, 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 장벽 층은 경화성 층과 동일한 중합체이다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 장벽 층은 경화성 층과는 상이한 중합체이다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 장벽 층은 가교결합된 중합체를 포함한다.
임의의 적합한 장벽 층이 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 장벽 층은 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리부타디엔, 탄성중합체, 에폭시, 플루오로중합체, 폴리카르보네이트, 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 전형적으로, 중합체성 장벽 층은 완전성(integrity)의 손실 또는 과잉 유동없이 20℃ 내지 180℃의 온도에서 진공 및/또는 압력 하에 경화되거나 성형되는 부품을 제조하는 데 사용될 수 있는 재료의 것이다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 장벽 층은 완전히 경화된다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 장벽 층은 부분적으로 경화되며, 전형적으로 적어도 50% 경화되며, 더 전형적으로 적어도 60% 경화되며, 더 전형적으로 적어도 70% 경화되며, 더 전형적으로 적어도 80% 경화되며, 그리고 더 전형적으로 적어도 90% 경화된다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 장벽 층은 열가소성이다. 각각의 장벽 층은 전형적으로 두께가 254 마이크로미터(10 밀) 미만, 더 전형적으로 152.4 마이크로미터(6 밀) 미만, 더 전형적으로 101.6 마이크로미터(4 밀) 미만, 더 전형적으로 76.2 마이크로미터(3 밀) 미만, 더 전형적으로 50.8 마이크로미터(2 밀) 미만, 더 전형적으로 25.4 마이크로미터(1 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 19.1 마이크로미터(0.75 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 15.2 마이크로미터(0.60 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 12.7 마이크로미터(0.50 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 6.35 마이크로미터(0.25 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 2.54 마이크로미터(0.10 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 1.27 마이크로미터(0.05 밀) 미만이며, 일부 실시 형태에서는 0.25 마이크로미터(0.01 밀) 미만이다. 각각의 장벽 층은 전형적으로 두께가 적어도 0.025 마이크로미터(0.001 밀)이다. 전형적으로 장벽 층은 기체에 대하여 실질적으로 불투과성이다. 더 전형적으로 장벽 층은 장벽 층이 그 일부인 복합재를 제조하는 공정 전체에 걸쳐 기체에 대하여 실질적으로 불투과성인 상태로 유지된다. 일부 실시 형태에서, 기체에 대하여 실질적으로 불투과성이란 산소 투과도가 35 ㎤-mm/㎡/day/101.3 ㎪ (atm) 미만임을 의미한다. 전형적으로 장벽 층은 수분에 대하여 실질적으로 불투과성이다. 더 전형적으로 장벽 층은 장벽 층이 그 일부인 복합재를 제조하는 공정 전체에 걸쳐 수분에 대하여 실질적으로 불투과성인 상태로 유지된다. 일부 실시 형태에서, 수분에 대하여 실질적으로 불투과성이란 수증기 투과율이 30 gm/㎡/day 미만임을 의미한다. 전형적으로 장벽 층은 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성이다. 더 전형적으로 장벽 층은 장벽 층이 그 일부인 복합재를 제조하는 공정 전체에 걸쳐 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성인 상태로 유지된다. 일부 실시 형태에서, 그러한 유기 용매에는 연료, 항공기 연료, 윤활제, 유압 유체 등이 포함될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성이란 21℃ 및 101.3 ㎪(1 기압)에서 용매에의 노출 7일 후 10% 미만의 중량 획득 또는 손실을 나타냄을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성이란 21℃ 및 101.3 ㎪(1 기압)에서 메틸렌 클로라이드에 7일 노출 후 10% 미만의 중량 획득 또는 손실을 나타냄을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성이란 21℃ 및 101.3 ㎪(1 기압)에서 벤질 알코올에 7일 노출 후 10% 미만의 중량 획득 또는 손실을 나타냄을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 유기 용매에 대하여 실질적으로 불투과성이란 21℃ 및 101.3 ㎪(1 기압)에서 가솔린에 7일 노출 후 10% 미만의 중량 획득 또는 손실을 나타냄을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층은 전기적으로 비전도성이다. 더 전형적으로 장벽 층은 장벽 층이 그 일부인 복합재의 제조 공정 전체에 걸쳐 전기적으로 비전도성인 상태로 유지된다. 장벽 층은 선택적으로 난연 성분 또는 첨가제를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 장벽 층은 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트 및 폴리이미드 필름 - 미국 뉴욕주 버팔로 소재의 듀폰 필름즈(DuPont Films)로부터 입수가능한 캡톤(Kapton)™을 포함함 - 과 같은 재료를 포함할 수 있다. 장벽 층은 투명하고 무색일 수 있거나, 응용이 요구할 때에는 안료 또는 염료와 같은 착색제를 포함할 수 있다. 장벽 층은 이들 재료의 얼로이(alloy)일 수 있고, 선택적으로 난연 성분 또는 다른 첨가제, 예를 들어 독일 크레펠트 소재의 알베르딩크 볼레이 게엠바하.(Alberdingk Boley GmbH.)로부터 U933으로서 입수가능한, UV 흡수제를 함유하는 폴리우레탄/폴리카르보네이트 블렌드 수지를 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 장벽 층은 플루오르화 중합체와 같은 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층은 퍼플루오르화 플루오로중합체를 포함할 수 있으며, 이에는 다이네온으로부터 입수가능한 것들을 비롯한 FEP, PFA 또는 PTFE 중합체가 포함될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층은 비-퍼플루오르화 플루오로중합체, 예를 들어 비닐리덴 플루오라이드(VDF)로부터 유도되는 혼성중합된(interpolymerized) 단위를 포함할 수 있는 중합체를 포함할 수 있다. 전형적으로 그러한 재료는 VDF로부터 유도되는 혼성중합된 단위 - 이는 단일중합체일 수 있거나 또는 다른 에틸렌계 불포화 단량체, 예를 들어 헥사플루오로프로필렌(HFP), 테트라플루오로에틸렌(TFE), 클로로트라이플루오로에틸렌(CTFE), 2-클로로펜타플루오로프로펜, 퍼플루오로알킬 비닐에테르, 퍼플루오로다이알릴에테르, 퍼플루오로-1,3-부타디엔, 및/또는 기타 퍼할로겐화 단량체와의 공중합체일 수 있음 - , 및 하나 이상의 수소-함유 및/또는 비-플루오르화 올레핀계 불포화 단량체로부터 추가로 유도되는 혼성중합된 단위를 적어도 약 3 중량% 포함한다. 그러한 불소-함유 단량체는 또한 불소-무함유이고 말단이 불포화된 올레핀계 공단량체, 예를 들어 에틸렌 또는 프로필렌과 공중합될 수 있다. 유용한 올레핀계 불포화 단량체에는 알킬렌 단량체, 예를 들어 1-하이드로펜타플루오로프로펜, 2-하이드로펜타플루오로프로펜 등이 포함될 수 있다. 그러한 플루오로중합체에는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 플루오라이드 삼원중합체 및 헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 플루오라이드 공중합체가 포함될 수 있다. 유용할 수 있는 구매가능한 플루오로중합체 재료에는, 예를 들어 미국 미네소타주 오크데일 소재의 다이네온 엘엘씨(Dyneon LLC)로부터 입수가능한 THV 200, THV 400, 및 THV 500 플루오로중합체, 및 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 솔베이 폴리머즈 인크.(Solvay Polymers Inc.)로부터 입수가능한 솔레프(SOLEF) 11010 및 솔레프 11008, 미국 펜실베이니아주 필라델피아 소재의 아르케마 인크.(Arkema Inc.)로부터 입수가능한 카이나르(KYNAR)(등록상표) 및 카이나르 플렉스(KYNAR FLEX)(등록상표) PVDF, 및 미국 뉴욕주 버팔로 소재의 듀폰 필름즈로부터 입수가능한 테프젤(TEFZEL) LZ300 플루오로중합체가 포함될 수 있다. 추가의 구매가능한 이러한 유형의 플루오로탄성중합체 재료에는, 예를 들어 미국 미네소타주 오크데일 소재의 다이네온 엘엘씨로부터 입수가능한 FC-2145, FC-2178, FC-2210X, FC-2211, FC-2230, 및 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 솔베이 폴리머즈 인크.로부터 입수가능한 테크노플론(Technoflon)(등록상표) 플루오로탄성중합체가 포함된다. 다른 유용한 플루오르화 중합체에는 비-퍼플루오르화 중합체가 포함될 수 있으며, 이에는 폴리(비닐플루오라이드), 예를 들어 미국 뉴욕주 버팔로 소재의 듀폰 필름즈로부터 입수가능한 테들러(TEDLAR) TAWl5AHS가 포함될 수 있다. 플루오로중합체들의 블렌드가 또한 본 발명의 장벽 층을 제조하는 데 사용될 수 있다. 이러한 유형의 구매가능한 플루오로중합체 재료에는, 예를 들어 일본 도쿄 소재의 덴끼 가가꾸 고교 가부시끼 가이샤(Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha)로부터 디엑스 필름(DX Film)으로서 입수가능한 폴리비닐리덴 플루오라이드 얼로이 필름이 포함된다. 2가지 상이한 유형의 비-퍼플루오르화 플루오로중합체들의 블렌드가 유용할 수 있을 뿐만 아니라 비-퍼플루오르화 플루오로중합체와 퍼플루오르화 플루오로중합체의 블렌드도 유용할 수 있다. 또한, 예를 들어 폴리우레탄 및 폴리에틸렌과 같은 비플루오로중합체와 플루오로중합체의 블렌드가 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 사용하기 위한 장벽 층은 캐스트(cast) 및 압출 방법을 포함할 수 있는 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 장벽 층은 투명하고 무색일 수 있거나, 또는 응용이 요구할 때에는 안료 또는 염료와 같은 착색제를 포함할 수 있다. 전형적으로, 착색제는 미국 특허 제5,132,164호에 개시된 것들과 같은 무기 안료이다. 일부 실시 형태에서, 안료는 하나 이상의 플루오르화 중합체와 블렌딩될 수 있는 하나 이상의 비-플루오르화 중합체 내로 혼입될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층은 마감 처리될 수 있고/있거나 기존의 아플리케 또는 페인트 색상 배합에 색상-부합될 수 있다.
선택적으로, 표면들 중 적어도 하나는 인접 층들의 접합을 허용하도록 처리될 수 있다. 그러한 처리 방법에는 코로나 처리, 특히 미국 특허 제5,972,176호(커크(Kirk) 등)에 개시된 바와 같이 수소, 암모니아, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 약 0.1 내지 약 10 부피%의 첨가 기체 및 질소를 함유하는 분위기 내에서의 코로나 방전이 포함된다. 다른 유용한 처리 방법에는 소듐 나프탈레나이드를 사용하는 화학적 에칭이 포함된다. 그러한 처리 방법은 문헌[Polymer Interface and Adhesion, Souheng Wu, Ed., Marcel Dekker, Inc., NY and Basel, pp. 279 - 336 (1982)], 및 문헌[Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Second Edition, Supplemental Volume, John Wiley & Sons, pp. 674 - 689 (1989)]에 개시되어 있다. 다른 유용한 처리 방법은 미국 펜실베이니아주 피츠톤 소재의 액톤 인더스트리즈, 인크.(Acton Industries, Inc.)로부터 입수가능한 플루오로에치(FLUOROETCH) 공정이다. 플루오로중합체의 표면 개질을 위한 다른 유용한 처리에는 미국 특허 제6,630,047호(징(Jing) 등) 및 미국 특허 제6,685,793호(징)에 개시된 것들과 같은 플루오로중합체의 존재 하에서 화학 방사선에 광 흡수 전자 도너(donor)를 노출시키는 방법이 포함된다. 다른 처리 방법에는 프라이머(primer)로서의 그러한 재료의 사용이 포함된다. 이들은 상기에 기술된 표면 처리 대신에, 또는 이에 더하여 채용될 수 있다. 유용한 프라이머의 일례는 어드헤전 프로모터(ADHESION PROMOTER) #86A (미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩처링 컴퍼니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)로부터 입수가능한 액체 프라이머)이다.
표면 형성 구조물
본 발명에 따른 표면 형성 구조물은 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다. 전형적으로, 하나 이상의 경화성 층과 하나 이상의 장벽 층이 라미네이션, 접착제 층의 부가에 의한 접착 접합, 장벽 또는 경화성 층(들) 그들 자체의 접착 특성에 의한 접착 접합 등을 비롯한 임의의 적합한 방법에 의해 접합된다. 전형적으로, 표면 형성 구조물의 층들은 복합 용품의 제조에서의 사용 전에 결합되지만, 일부 실시 형태에서는 층들이 복합 용품의 제조 동안에 결합된다. 일부 실시 형태에서, 단일 재료가 장벽 층 및 경화성 층 둘 모두로서 수행할 수 있다. 일부 그러한 실시 형태는 재료의 단일 층을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 장벽 층(들) 및 경화성 층(들)은 상이한 재료들이다.
일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물(표면 형성 필름)은 단일 중합체성 장벽 층 및 단일 경화성 층을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 다수의 교번하는 장벽 층 및 경화성 층을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 하나 초과의 중합체성 장벽 층을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 하나 초과의 경화성 층을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물의 경화성 층은 표면 형성 구조물을 포함하는 복합 부품의 제조에서 복합재에 인접한다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물의 경화성 층은 표면 형성 구조물을 포함하는 복합 부품의 제조에서 복합재에 바로 인접한다.
일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 하나 이상의 전기 전도성 층, 전형적으로 금속 층 - 이는 선택적으로 포일, 펴진 포일, 메시(mesh), 천, 종이, 와이어 등일 수 있음 - 을 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 전기 전도성 층 또는 층들은 장벽 층들 사이에 개재된다. 일부 실시 형태에서, 전기 전도성 층 또는 층들은 장벽 층들 내에 수용된다. 일부 실시 형태에서, 전기 전도성 층 또는 층들은 장벽 층에 인접한다. 일부 실시 형태에서, 전기 전도성 층 또는 층들은 장벽 층에 바로 인접한다.
일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 방사선 흡수 재료, EMI 차단 재료, 방사선 반사 재료 또는 점탄성 층과 같은 기능성 재료의 하나 이상의 층을 추가로 포함할 수 있다. 그러한 재료에는 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 2007년 10월 30일자로 출원된 우선권 출원 제60/983781호에 기초한, 2008년 10월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/255025호에 개시된 재료가 포함될 수 있다. 그러한 재료에는 쓰리엠™ 트랜스패런트 일렉트리컬리 컨덕티브 어드헤시브 필름즈(Transparent Electrically Conductive Adhesive Films) (미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company))가 포함될 수 있다. 유용할 수 있는 점탄성 재료에는 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 미국 특허 공개 제2008/0139722호인 2007년 12월 7일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/952192호에 개시된 것들이 포함될 수 있다. 표면 형성 구조물 내에 포함될 수 있는 점탄성 재료 및 점탄성 구조물에는 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 본 출원과 동일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/637,915호(대리인 관리번호 # 65028US005)에 기술된 것들이 포함될 수 있다. 유용할 수 있는 재료에는 쓰리엠™ 비스코엘라스틱 댐핑 폴리머즈 타입(Viscoelastic Damping Polymers Type) 830 (미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니)이 포함될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 기능성 층 또는 층들은 장벽 층들 사이에 개재된다. 일부 실시 형태에서, 기능성 층 또는 층들은 하나 이상의 장벽 층들 내에 수용된다. 일부 실시 형태에서, 기능성 층 또는 층들은 하나 이상의 장벽 층들에 인접한다. 일부 실시 형태에서, 기능성 층 또는 층들은 하나 이상의 장벽 층들에 바로 인접한다.
일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 충전제(filler) 재료를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 무기 충전제 재료를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 유기 충전제 재료를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 섬유질 충전제 재료를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 비섬유질 충전제 재료를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 미립자 충전제 재료를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 표면 형성 구조물은 임의의 섬유질 스크림(scrim), 예를 들어 직조 스크림 또는 부직 스크림을 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 복합 부품은 표면 섬유질 스크림, 예를 들어 직조 스크림 또는 부직 스크림을 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 복합 부품은 전기 전도성 또는 정전기 소산성 코팅, 예를 들어 페인트를 포함하지 않는다.
복합 용품
본 발명에 따른 복합 용품은 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다. 전형적으로, 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스 프리프레그(prepreg)가 사용되지만, 다른 실시 형태에서는 수지 매트릭스 및 섬유 보강재가 복합 용품의 제조시에 조합될 수 있다. 임의의 적합한 섬유 또는 매트릭스 재료가 사용될 수 있으며, 이들 중 다수는 당업계에 알려져 있다. 전형적으로, 공구로 지정된 주형 또는 형틀이 사용되는데, 이 공구는 라미네이트의 원하는 형상과는 반대인 형상을 갖는다. 전형적으로, 공구 내에 표면 형성 구조물, 또는 그의 구성요소들이 적층되고, 이어서 하나 이상의 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스, 그리고 일부 실시 형태에서는 코어 층(들), 예를 들어 폼(foam), 목재, 또는 허니콤 구조물 코어 층(들)이 적층된다. 이후에, 이 적층체가 당업계에 알려진 방법에 의해 경화된다.
일부 실시 형태에서, 복합 용품은 적어도 하나의 코어 층을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 코어 층은 폼(foam), 목재, 또는 허니콤 구조물을 포함할 수 있다. 그러한 코어 층들은 복합 용품의 제조시에 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스 층들 사이에 적층될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 층상 용품은 그러한 코어 층을 포함하지 않는다.
본 발명의 목적 및 이점은 하기의 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 물질 및 그 양뿐만 아니라 기타 조건이나 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예
달리 언급되지 않으면, 모든 시약은 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미칼 컴퍼니(Aldrich Chemical Co.)로부터 입수하였거나 입수가능하고, 또는 공지 방법에 의해 합성될 수 있다.
방법
복합 부품의 일반적인 툴링(tooling) 및 배깅(bagging)
경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 복합 시편을 하기의 방식으로 경화를 위해 준비하였다. 2B 피니시(finish)를 갖는 12 게이지 스테인레스강 합금 304를 0.6 m(2ft) x 0.6 m(2ft)로 트리밍(trimming)함으로써 평탄 공구를 제작하였다. 25.4 마이크로미터(1 밀) PTFE 비천공 분리 필름(parting film)(노던 파이버 글라스 세일즈, 인크.(Northern Fiber Glass Sales, Inc.)로부터 HTF-621로서 입수가능함)을 공구에 적용하고, 내열성 테이프가 필름의 에지 및 코너에 적용된 상태로 공구 상에 부착시켰다. 재료의 각각의 층을 실시예 본문에 기술된 순서 및 배열로 공구에 적용하였다. 각각의 층을 먼저 공구에 적용하였는데, 이때 손으로 라이너 없이 하나의 층을 다른 층 위에 적용하였으며, 최상층 위에서 3.8 ㎝(1.5 인치) 직경의 목재 롤러에 손 압력을 인가하면서 롤러를 지나가게 함으로써 각각의 층을 이전 층(들)과 압밀시켰다. 매 4번째 플라이(ply) 후에, 부품 및 공구를 하기에 기술된 천공 분리 필름의 층으로 그리고 나서 하기에 기술된 통기 플라이(breather ply)의 층으로 덮었으며, 쓰리엠에 의해 제조된 스카치라이트(Scotchlite) 배큠 어플리케이터(Vacuum Applicator) 모델 VAL-1 내에서의 3분 동안의 완전 진공 하에서 부품을 공구에 압착시켰으며, 이 시간 후에 통기 플라이 및 천공 분리 필름을 제거하고 추가의 플라이를 부품에 부가하였다. 파일럿 실버 마커(Pilot Silver Marker)를 사용하여 부품의 노출된 면 상의 부품의 하나의 에지를 따라 고유의 식별자를 적용함으로써 각각의 쿠폰을 영구 마킹하였다. 리치몬드 에어크래프트 프로덕츠(Richmond Aircraft Products)로부터 A5000으로서 입수가능한 천공 분리 필름을 쿠폰의 노출된 면을 완전히 덮도록 주름 없이 적용하였다. 1개의 열전쌍을 쿠폰의 5.1 ㎝(2 인치) 이내에서 공구에 부착하였다. 비천공 분리 필름의 층을 하기에 기술된 오토클레이브(autoclave)의 베드(bed)에 적용하여 공구가 배치된 영역을 덮었다. 공구 및 부품을 하기에 기술된 오토클레이브의 베드 상에 배치하고, 진공 백 밀봉 테이프의 연속 비드(bead)를 테이프로부터 공구까지의 거리가 적어도 7.6 ㎝(3 인치)가 되도록 오토클레이브의 베드에 직접 적용하였다. 오토클레이브의 베드 상의 노출된 비천공 분리 필름을 진공 백 밀봉 테이프에 접촉하지 않게 접거나 트리밍하였다. 부직 폴리에스테르 337.5 g/㎡ (10 oz/yd2) 펠트 통기 플라이(리치몬드 에어크래프트 프로덕츠로부터 RC-3000-10으로서 입수가능함)를, 부품 및 공구 위에 그리고 오토클레이브의 베드 상에, 모든 측에 대하여 진공 백 밀봉 테이프의 5.1 ㎝(2 인치) 이내까지 연장되도록 덮어씌웠다. 76.2 마이크로미터(3 밀) 고온 나일론 배깅 필름(리치몬드 에어크래프트 프로덕츠로부터 HS8171로서 입수가능함)을, 부품 및 공구를 덮고 모든 측에 대하여 진공 백 밀봉 테이프까지 또는 진공 백 밀봉 테이프를 지나 연장되도록, 오토클레이브의 베드 위에 느슨하게 배치하였다. 적어도 1개의 진공 포트 조립체를 통기 플라이 위의 진공 백 내에 설치하였으며, 진공 백 밀봉 테이프에 필름을 가압함으로써 모든 에지를 따라 오토클레이브의 베드에 진공 백을 밀봉하였다.
복합 부품의 고압 경화
경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 복합 시편을 하기의 방식으로 경화시켰다. 경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 각각의 복합 시편을 "복합 부품의 일반적인 공구 툴링 및 배깅"에 따라 경화를 위해 준비하였다. 진공 포트 조립체(들)를 하기에 기술된 오토클레이브 내의 진공 시스템에 부착시키고, 부품, 공구, 분리 필름 및 통기 플라이를 5분 동안 완전 진공 하에서 압밀시켰다. 열전쌍을 오토클레이브 내의 제어 시스템에 부착시켰다. 이어서, 하기에 기술된 압력 및 온도 프로파일을 사용하여 2개의 오토클레이브들 중 하나, 즉 서멀 이큅먼트 코포레이션(Thermal Equipment Corporation)에 의해 제조된 하나의 오토클레이브 또는 에이에스씨 프로세스 시스템즈(ASC Process Systems)에 의해 제조된 다른 하나의 오토클레이브에서, 제어된 온도 및 압력 조건 하에서 부품을 경화시켰다. 오토클레이브의 내부 압력을 413.7 ㎪(60 psi)로 증가시켰으며, 오토클레이브 내의 압력이 103.4 ㎪(15 psi)에 도달하였을 때, 진공 포트 조립체에의 진공을 제거하였으며, 래깅(lagging) 열전쌍의 온도가 177℃에 도달할 때까지 온도를 2.8℃/min(5℉/min)으로 증가시켰다. 120분 동안 온도를 177℃ 내지 182℃로 유지하였으며 압력을 413.7 ㎪(60 psi) 내지 482.6 ㎪(70 psi)로 유지하였다. 래깅 열전쌍의 온도가 44℃에 도달할 때까지 온도를 2.8℃/min(5℉/min)의 제어된 속도로 감소시켰다. 래깅 열전쌍의 온도가 66℃에 도달할 때까지 압력을 413.7 ㎪(60 psi) 내지 482.6 ㎪(70 psi)로 유지하였으며, 이어서 오토클레이브 내의 압력을 대기로 통기시켰다. 경화된 복합 시편을 오토클레이브, 배깅 및 공구로부터 꺼냈다.
복합 부품의 저압 1½ 시간 경화
경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 복합 시편을 하기의 방식으로 경화시켰다. 경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 각각의 복합 시편을 "복합 부품의 일반적인 공구 툴링 및 배깅"에 따라 경화를 위해 준비하였다. 진공 포트 조립체(들)를 하기에 기술된 오토클레이브 내의 진공 시스템에 부착시키고, 부품, 공구, 분리 필름 및 통기 플라이를 5분 동안 완전 진공 하에서 압밀시켰다. 열전쌍을 오토클레이브 내의 제어 시스템에 부착시켰다. 이어서, 하기에 기술된 압력 및 온도 프로파일을 사용하여 2개의 오토클레이브들 중 하나, 즉 서멀 이큅먼트 코포레이션에 의해 제조된 하나의 오토클레이브 또는 에이에스씨 프로세스 시스템즈에 의해 제조된 다른 하나의 오토클레이브에서, 제어된 온도 및 압력 조건 하에서 부품을 경화시켰다. 오토클레이브의 내부 압력을 310.3 ㎪(45 psi)로 증가시켰으며, 오토클레이브 내의 압력이 103.4 ㎪(15 psi)에 도달하였을 때, 진공 포트 조립체에의 진공을 제거하였으며, 래깅 열전쌍의 온도가 177℃에 도달할 때까지 온도를 2.8℃/min(5℉/min)으로 증가시켰다. 90분 동안 온도를 177℃ 내지 182℃로 유지하였으며 압력을 275.8 ㎪(40 psi) 내지 344.7 ㎪(50 psi)로 유지하였다. 래깅 열전쌍의 온도가 44℃에 도달할 때까지 온도를 2.8℃/min(5℉/min)의 제어된 속도로 감소시켰다. 래깅 열전쌍의 온도가 66℃에 도달할 때까지 압력을 275.8 ㎪(40 psi) 내지 344.7 ㎪(50 psi)로 유지하였으며, 이어서 오토클레이브 내의 압력을 대기로 통기시켰다. 경화된 복합 시편을 오토클레이브, 배깅 및 공구로부터 꺼냈다.
복합 부품의 저압 2시간 경화
경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 복합 시편을 하기의 방식으로 경화시켰다. 경화성 에폭시 접착 수지를 사용한 각각의 복합 시편을 "복합 부품의 일반적인 공구 툴링 및 배깅"에 따라 경화를 위해 준비하였다. 진공 포트 조립체(들)를 하기에 기술된 오토클레이브 내의 진공 시스템에 부착시키고, 부품, 공구, 분리 필름 및 통기 플라이를 5분 동안 완전 진공 하에서 압밀시켰다. 열전쌍을 오토클레이브 내의 제어 시스템에 부착시켰다. 이어서, 하기에 기술된 압력 및 온도 프로파일을 사용하여 2개의 오토클레이브들 중 하나, 즉 서멀 이큅먼트 코포레이션에 의해 제조된 하나의 오토클레이브 또는 에이에스씨 프로세스 시스템즈에 의해 제조된 다른 하나의 오토클레이브에서, 제어된 온도 및 압력 조건 하에서 부품을 경화시켰다. 오토클레이브의 내부 압력을 310.3 ㎪(45 psi)로 증가시켰으며, 오토클레이브 내의 압력이 103.4 ㎪(15 psi)에 도달하였을 때, 진공 포트 조립체에의 진공을 제거하였으며, 래깅 열전쌍의 온도가 177℃에 도달할 때까지 온도를 2.8℃/min(5℉/min)으로 증가시켰다. 120분 동안 온도를 177℃ 내지 182℃로 유지하였으며 압력을 275.8 ㎪(40 psi) 내지 344.7 ㎪(50 psi)로 유지하였다. 래깅 열전쌍의 온도가 44℃에 도달할 때까지 온도를 2.8℃/min(5℉/min)의 제어된 속도로 감소시켰다. 래깅 열전쌍의 온도가 66℃에 도달할 때까지 압력을 275.8 ㎪(40 psi) 내지 344.7 ㎪(50 psi)로 유지하였으며, 이어서 오토클레이브 내의 압력을 대기로 통기시켰다. 경화된 복합 시편을 오토클레이브, 배깅 및 공구로부터 꺼냈다.
일반적인 라미네이팅
하기에 기술된 조합, 순서 및 양으로 구조물 내의 층들을 접촉시켰다. 제거가능한 캐리어를 라미네이팅 공정 동안 정합 표면들로부터 분리시켰다. 이들 층을 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 10.2 ㎝(4 인치) 고무 롤러를 사용하는 제퍼트 엔지니어링 인크.(Geppert Engineering Inc.) 라미네이터의 닙(nip) 내로 0.76 m/min(2.5 ft/min)의 속도로 공급함으로써 이들 층을 라미네이팅하였다.
중간 조립체 실시예:
폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)
폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층을 하기의 방식으로 제공하였다. 중합체 용액을 준비하였다. 보다 구체적으로는, 알베르딩크로부터 U933으로서 입수가능한 3% UV 흡수제를 함유하는 100 부의 투명 폴리우레탄/폴리카르보네이트 수지, 및 네오레진스 인크.(Neoresins Inc.)로부터 네오크릴(Neocryl) CX-100으로서 입수가능한 1.5 부의 다작용성 아지리딘 가교결합제를 1 리터의 입구가 좁은 병에 첨가하였다. 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 3분 동안 목제 설압자(wooden tongue depressor)로 교반함으로써 이 용액을 혼합하였다. 이어서, 최종 중합체 용액을 미처리 50.8 마이크로미터(2 밀) 투명 폴리에스테르 필름의 표면에 붓고, 나이프-오버-베드 코팅 스테이션(knife-over-bed coating station)을 사용하여 코팅하였다. 나이프와 베드 사이의 간극을 폴리에스테르 캐리어 웨브의 두께보다 38.1 마이크로미터(1.5 밀)만큼 크도록 설정하였다. 코팅된 배킹을 디스패치 오븐 컴퍼니(Dispatch Oven Company)에 의해 제조된 254.9 리터(9 ft3) 통기형 재순환식 오븐 내에서 1시간 동안 55℃에서 건조시켰다. 건조 후, 폴리우레탄/폴리카르보네이트 필름의 두께는 약 12.7 마이크로미터(0.5 밀)였다. 폴리에스테르 필름 상에 있는 투명한 UV 흡수성 폴리우레탄/폴리카르보네이트 필름을 얻었다.
플루오로중합체 장벽 층(208)
수 개의 플루오로중합체 필름을 대략 25.4 마이크로미터(1 밀)의 두께로 제공하거나 캐스팅하고 이를 사용하여 실시예를 제조하였다. 이들 필름에는 하기가 포함되었다:
· 다이네온™으로부터의 다이네온™ 플루오로열가소성(Fluorothermoplastic) THV500
· 다이네온™으로부터의 다이네온™ 플루오로가소성(Fluoroplastic) PVDF 11010/0000 폴리비닐리덴 플루오라이드
· 다이네온™으로부터의 다이네온™ 플루오로가소성 PVDF 11008/0001 폴리비닐리덴 플루오라이드
· 솔베이 솔렉시스(Solvay Solexis)로부터의 솔레프(Solef)(등록상표) 11010 폴리비닐리덴 플루오라이드
· 광범위하게 입수가능한 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)와 90/10, 80/20, 75/25, 60/40, 및 50/50 중량%로 조합된, 다이네온™으로부터의 다이네온™ 플루오로가소성 PVDF 11010/0000 폴리비닐리덴 플루오라이드
전도성 플루오로중합체 장벽 층(513)
수 개의 플루오로중합체 필름을 전도성 첨가제와 함께 대략 25.4 마이크로미터(1 밀)의 두께로 제공하거나 캐스팅하고 이를 사용하여 실시예를 제조하였다. 이들 필름에는 하기가 포함되었다:
· 다이네온™으로부터의 다이네온™ 플루오로열가소성 THV510ESD
· 바이엘(Bayer)로부터의 베이튜브스(등록상표) C150HP 다중벽 탄소 나노-튜브와 98/2 중량%로 조합된, 다이네온™으로부터의 다이네온™ 플루오로열가소성 THV500
· 바이엘로부터의 베이튜브스(등록상표) C150HP 다중벽 탄소 나노-튜브와 98/2 및 99.25/0.25 중량%로 조합된, 다이네온™으로부터의 다이네온™ 플루오로가소성 PVDF 11010/0000 폴리비닐리덴 플루오라이드
점탄성 재료(VEM) 층의 각각의 면에 장벽 층을 갖는 점탄성 구조물(10)
도 8을 참고하면, 점탄성 재료(300) 및 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을 제공하였고 이를 사용하여, 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 본 출원과 동일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/637,915호(대리인 관리번호 # 65028US005)에 보다 전반적으로 기술된 것과 같은 개질된 점탄성 구조물(10)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 먼저, 폴리에스테르 필름(도시되지 않음) 상에 있는 상기의 "폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층"에 의한 12.7 마이크로미터(½ 밀) 두께의 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을, 10 Hz에서 DMTA에 의해 전단 모드에서 측정될 때 피크 감쇠비(Tan δ)가 1.0 초과인, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 비스코엘라스틱 댐핑 폴리머 타입 830으로서 입수가능한 50.8 마이크로미터(2 밀) 두께의 점탄성 감쇠 중합체(300)의 하나의 면에 결합시켰다. 50.8 마이크로미터(2 밀)의 점탄성 감쇠 중합체(300)의 다른 면에 상기의 "폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층"에 의한 다른 12.7 마이크로미터(½ 밀) 두께의 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을 결합시켰다. 폴리에스테르 필름을 비롯한 모든 남아 있는 라이너 및 캐리어를 제거하여 76.2 마이크로미터(3 밀) 두께의 개질된 점탄성 구조물(10)을 제공하였다. 점탄성 재료(300)의 특성은 손으로 쉽게 찢어지며, 자립(free-standing) 상태에서 자체를 지지할 수 없으며, 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 매우 점착성이라는 것이었다. 개질된 점탄성 구조물(10)의 특성은 매우 탄성이며, 자립 상태에서 필름과 유사하며, 주변 조건(22℃; 50% 상대 습도)에서 점착성이 결여된다는 것이었다. 비점착성의 강화된 점탄성 구조물을 얻었다.
장벽 개질된 표면 형성 필름(20)
도 3을 참고하면, 구조용 접착 필름(401) 및 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을 제공하였고 이를 사용하여 장벽 개질된 표면 형성 필름(20)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 상기에 기술된 바와 같이 제조된 12.7 마이크로미터(½ 밀) 두께의 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF 555M으로서 입수가능한, 244 g/㎡ (0.05 lb/제곱피트)의 부직 폴리에스테르 베일(veil)을 포함하는 203.2 마이크로미터(8 밀) 두께의 에폭시 구조용 접착 필름(401)의 하나의 면에 결합시켰다. 폴리에스테르 필름을 비롯한 남아 있는 라이너 및 캐리어를 제거하여 215.9 마이크로미터(8.5 밀) 두께의 장벽 개질된 표면 형성 필름(20)을 제공하였는데, 이는 고온 구조용 접착 필름 및 보다 얇은 경화된 장벽 층을 갖는 UV 차단 표면 형성 필름이다.
장벽 개질된 표면 형성 필름(24)
도 4를 참고하면, 구조용 접착 필름(402) 및 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을 제공하였고 이를 사용하여 장벽 개질된 표면 형성 필름(24)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 상기에 기술된 바와 같이 제조된 12.7 마이크로미터(½ 밀) 두께의 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF 500K로서 입수가능한, 416 g/ ㎡ (0.085 lb/제곱피트)의 니트 나일론 베일을 포함하는 330.2 마이크로미터(13 밀) 두께의 에폭시 구조용 접착 필름(402)의 하나의 면에 결합시켰다. 폴리에스테르 필름을 비롯한 남아 있는 라이너 및 캐리어를 제거하여 342.9 마이크로미터(13.5 밀) 두께의 장벽 개질된 표면 형성 필름(24)을 제공하였는데, 이는 저온 구조용 접착 필름 및 보다 얇은 경화된 장벽 층을 갖는 투명 UV 차단 표면 형성 필름이다.
장벽 개질된 표면 형성 필름(25)
도 13을 참고하면, 구조용 접착 필름(401) 및 플루오로중합체 장벽 층(208)을 제공하였고 이를 사용하여 장벽 개질된 표면 형성 필름(25)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 25.4 마이크로미터(1 밀) 두께의 필름인 플루오로중합체 필름(208)을, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF 555M으로서 입수가능한, 244 g/㎡ (0.05 lb/제곱피트)의 부직 폴리에스테르 베일을 포함하는 203.2 마이크로미터(8 밀) 두께의 에폭시 구조용 접착 필름(401)의 하나의 면에 결합시켰다. 상기에 열거된 각각의 플루오로중합체 필름을 사용하여 별개의 시편을 생성하였다. 폴리에스테르 필름을 비롯한 모든 남아 있는 라이너 및 캐리어를 제거하여 228.6 마이크로미터(9 밀) 두께의 장벽 개질된 표면 형성 필름(25)을 제공하였는데, 이는 구조용 접착 필름 및 보다 얇은 경화된 플루오로중합체 장벽 층을 갖는 UV 안정한 내유체성 표면 형성 필름이다.
다층상의 장벽 개질된 표면 형성 필름(21)
도 5를 참고하면, 구조용 접착 필름(401) 및, 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(201)이 부착된 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을 제공하였고 이를 사용하여 다층상의 장벽 개질된 표면 형성 필름(21)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 상기의 "폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층"에 의한, 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(201)이 부착된 12.7 마이크로미터(½ 밀) 두께의 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF 555M으로서 입수가능한, 244 g/㎡ (0.05 lb/제곱피트)의 부직 폴리에스테르 베일을 포함하는 203.2 마이크로미터(8 밀) 두께의 에폭시 구조용 접착 필름(401)의 하나의 면에 결합시켰다. 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)에 부착된 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(201)을 제외한 모든 라이너 및 캐리어를 제거하여, 266.7 마이크로미터(10.5 밀) 두께의 다층상의 장벽 개질된 표면 형성 필름(21)을 제공하였는데, 이는 고온 구조용 접착 필름 및 보다 얇은 경화된 장벽 층을 갖는 광택성 UV 차단 표면 형성 필름이다.
다층상의 장벽 개질된 표면 형성 필름(26)
도 6을 참고하면, 구조용 접착 필름(402) 및, 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(201)이 부착된 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을 제공하였고 이를 사용하여 다층상의 장벽 개질된 표면 형성 필름(26)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 상기의 "폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층"에 의한, 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(201)이 부착된 12.7 마이크로미터(½ 밀) 두께의 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF 500K로서 입수가능한, 416 g/ ㎡ (0.085 lb/제곱피트)의 니트 나일론 베일을 포함하는 330.2 마이크로미터(13 밀) 두께의 에폭시 구조용 접착 필름(402)의 하나의 면에 결합시켰다. 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)에 부착된 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(201)을 제외한 모든 라이너 및 캐리어를 제거하여, 393.7 마이크로미터(15.5 밀) 두께의 다층상의 장벽 개질된 표면 형성 필름(26)을 제공하였다. 저온 구조용 접착 필름 및 보다 얇은 경화된 장벽 층을 갖는 광택성 투명 UV 차단 표면 형성 필름을 얻었다.
다층상의 장벽 개질된 전도성 표면 형성 필름(22)
도 7을 참고하면, 구조용 접착 필름(401), 펴진 알루미늄 포일(501), 및 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(201)이 부착된 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을 제공하였고 이를 사용하여 다층상의 장벽 개질된 전도성 표면 형성 필름(22)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 상기의 "폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층"에 의한, 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(201)이 부착된 12.7 마이크로미터(½ 밀) 두께의 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)을, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF 555M으로서 입수가능한, 244 g/㎡ (0.05 lb/제곱피트)의 부직 폴리에스테르 베일을 포함하는 203.2 마이크로미터(8 밀) 두께의 에폭시 구조용 접착 필름(401)의 하나의 면에 결합시켰다. 에폭시 필름의 다른 면에 덱스메트(Dexmet)로부터 엑스메트(Exmet) 4AL8-080으로서 입수가능한 101.6 마이크로미터(4 밀) 두께의 펴진 알루미늄 포일(501)을 결합시켰다. 폴리우레탄/폴리카르보네이트 장벽 층(200)에 부착된 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(201)을 제외한 모든 라이너 및 캐리어를 제거하여, 368.3 마이크로미터(14.5 밀) 두께의 다층상의 장벽 개질된 전도성 표면 형성 필름(22)을 제공하였는데, 이는 고온 구조용 접착 필름, 펴진 금속 포일 및 보다 얇은 경화된 장벽 층을 갖는 UV 차단 전도성 표면 형성 필름이다.
점탄성 구조물을 갖는 다층상의 장벽 개질된 전도성 표면 형성 필름(23)
도 8을 참고하면, 구조용 접착 필름(401) 및 펴진 알루미늄 포일(501) 및 개질된 점탄성 구조물(10)을 제공하였고 이를 사용하여 개질된 점탄성 전도성 표면 형성 필름(23)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 먼저, 점탄성 재료의 양면에 장벽 층들을 갖는 76.2 마이크로미터(3 밀) 두께의 개질된 점탄성 구조물(10)을, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF 555M으로서 입수가능한, 244 g/㎡ (0.05 lb/제곱피트)의 부직 폴리에스테르 베일을 포함하는 203.2 마이크로미터(8 밀) 두께의 에폭시 필름(401)의 하나의 면에 결합시켰다. 구조용 접착 필름(401)의 다른 면에 덱스메트로부터 엑스메트 4AL8-080으로서 입수가능한 101.6 마이크로미터(4 밀) 두께의 펴진 알루미늄 포일(501)을 결합시켰다. 장벽 층(200)에 부착된 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(도시되지 않음)을 제외한 모든 라이너 및 캐리어를 제거하여, 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(도시되지 않음) 상에 있는 381 마이크로미터(15 밀) 두께의 개질된 점탄성 전도성 표면 형성 필름(23)을 제공하였다. 고온 구조용 접착 필름 및 펴진 금속 포일 및 점탄성 진동 감쇠 재료 및 보다 얇은 경화된 장벽 층을 갖는 UV 차단 전도성 진동 감쇠 표면 형성 필름을 얻었다.
교번하는 기능성 층 및 장벽 층의 전자파 방해(EMI) 차폐를 갖는 다층상의 투명 EMI 차폐 표면 형성 필름(30)
도 9 및 도 10을 참고하면, 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 2008년 10월 21일자로 출원된 우선권 출원 제60/983781호에 기초한, 2007년 10월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/255025호에 개시된 바와 같이 101.6 마이크로미터(4 밀)의 다층상의 투명 EMI 차폐 표면 형성 필름(30)을 제조하였다. 이 필름은 진공 챔버 내에서 101.6 마이크로미터(4 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(207) 상에 증기 침착된, 교번하는 15 ㎚ 두께의 은(silver) 층(510, 511, 512) 및 70 ㎚ 두께의 아크릴 장벽 필름 층(202, 203, 204)을 포함한다. 이 필름은 매우 가시적인 투명성을 제공하며, 800 ㎚ 초과의 적외선 파장 및 400 ㎚ 미만의 자외선 파장을 실질적으로 흡수하고 반사하며, 100 내지 1000 MHz에서 대략 44 dB의 EMI 차폐 효과를 제공한다.
전도성 다층상의 투명 EMI 차폐 표면 형성 필름(31)
도 10을 참고하면, 다층상의 투명 EMI 차폐 표면 형성 필름(30) 및 펴진 구리 포일을 갖는 에폭시 표면 형성 필름(500)을 제공하였고 이를 사용하여 전도성 다층상의 투명 EMI 차폐 표면 형성 필름(31)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다. 101.6 마이크로미터(4 밀)의 다층상의 투명 EMI 차폐 표면 형성 필름(30)을, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 로우 덴시티 컴포지트 서피싱 필름(Low Density Composite Surfacing Film) AF 325LS로서 입수가능한, 244 g/㎡ (0.05 lb/제곱피트)의 펴진 구리 포일을 포함하는 203.2 마이크로미터(8 밀)의 에폭시 표면 형성 필름(500)과 결합되어, 투명 EMI 필름 상의 101.6 마이크로미터(4 밀)의 폴리에스테르 필름이 표면 형성 필름의 반대측에 있도록 하였다. 모든 라이너 및 캐리어를 제거하여, 304.8 마이크로미터(12 밀) 두께의 전도성 다층상의 투명 EMI 차폐 표면 형성 필름(31)을 제공하였다. 이 필름은 매우 가시적인 투명성을 제공하며, 800 ㎚ 초과의 적외선 파장 및 400 ㎚ 미만의 자외선 파장을 실질적으로 흡수하고 반사하며, 100 내지 1000 MHz에서 대략 44 dB의 차폐 효과를 제공하며, 전도성 표면 형성 필름은 최종 부품 상에 매끄러운 모래연마성 마무리(sandable finish) 및 차폐와 피뢰를 위한 전도성을 제공한다.
전도성 장벽 필름(33)
상기의 "일반적인 라미네이팅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 라미네이팅하였다: 플루오로중합체 층(209)(대략 25.4 마이크로미터(1 밀) 두께의 필름으로 캐스팅된, 다이네온™으로부터의 다이네온™ 플루오로가소성 PVDF 11010/0000 폴리비닐리덴 플루오라이드)을 5.59 마이크로미터(0.22 밀) 두께의 알루미늄 포일(502)(리퍼블릭 포일 인크.(Republic Foil Inc.)로부터 입수가능함)과 하나의 면 상에서 결합시켜 전도성 장벽 필름(33)을 제조하였다.
전도성 장벽 필름(34)
보다 구체적으로는, 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(201)의 하나의 면에, 300 ㎚ 두께의 구리 스크린(505)을 적용하고, 전착시키고, 회로 기판 인쇄 공정을 사용하여 한 변이 300 um인 육각형으로 패턴형성하여 전도성 장벽 필름(34)을 제조하였다.
경화된 실시예:
펴진 구리 포일( Expanded Copper Foil , ECF ) 및 표면 형성 필름을 갖는 경화된 탄소 섬유 보강 플라스틱( Cured Carbon Fiber Reinforced Plastic , CFRP ) 라미네이 트(60C) (비교용)
도 1을 참고하면, 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100), 및 펴진 구리 포일을 갖는 에폭시 표면 형성 필름(500)을 제공하였고 이를 사용하여 비교용 복합 시편(60C)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 준비하였다. 먼저, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 로우 덴시티 컴포지트 서피싱 필름 AF 325LS로서 입수가능한, 244 g/㎡ (0.05 lb/제곱피트)의 펴진 구리 포일을 포함하는 에폭시 표면 형성 필름(500)을 공구에 적용하였다. 마지막으로, 사이텍으로부터 사이콤(Cycom) 970/PWC FT300 3K UT로서 입수가능한 흑연 천 3K-70-PW인 7 플라이 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100)을 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
EAF 및 접착 필름을 갖는 경화된 라미네이트(80C) (비교용)
도 2를 참고하면, 에폭시 수지 함침 유리 섬유 천(101) 및 에폭시 접착 필름(401) 및 펴진 알루미늄 포일(501)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(80C)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 준비하였다. 먼저, 덱스메트로부터 엑스메트 4AL8-080으로서 입수가능한 101.6 마이크로미터(4 밀) 두께의 펴진 알루미늄 포일(501)을 공구에 적용하였다. 이어서, 쓰리엠 컴퍼니로부터 쓰리엠™ 스카치-웰드™ 스트럭처럴 어드헤시브 필름 AF 555M으로서 입수가능한, 244 g/㎡ (0.05 lb/제곱피트)의 부직 폴리에스테르 베일을 포함하는 에폭시 접착 필름(401)을 적용하였다. 마지막으로, 헥셀(Hexcel)로부터 7781 38 F164-6으로서 입수가능한 직조 유리섬유 7781 천(101) 내로 함침된 6 플라이 에폭시 수지를 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 저압 1½ 시간 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
접착 표면 형성 필름을 갖는 경화된 라미네이트(84C) (비교용)
도 11을 참고하면, 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100, 102) 및 에폭시 접착 필름(403)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 준비하였다. 먼저, 사이텍으로부터 서피스 마스터™ 905로서 입수가능한 부직 폴리에스테르 베일을 포함하는 에폭시 접착 필름(403)을 공구에 적용하였다. 이어서, 사이텍으로부터 사이콤 970/PWC FT300 3K UT로서 입수가능한 흑연 천 3K-70-PW인 1 플라이 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100)을 적용하였다. 이어서, 토레이(Toray)로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 8 플라이 에폭시 수지 함침 단일방향 흑연 섬유(102)들을 적용하였다. 마지막으로, 사이텍으로부터 사이콤 970/PWC FT300 3K UT로서 입수가능한 흑연 천 3K-70-PW인 1 플라이 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100)을 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
접착 필름 상에 하나의 장벽 필름을 갖는 경화된 코어 라미네이트(61)
도 3을 참고하면, 에폭시 수지 함침 유리 섬유 천(101), 유리 천 보강 허니콤 코어(103) 및 장벽 개질된 표면 형성 필름(20)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(61)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 상기에 기술된 바와 같이 제조된 215.9 마이크로미터(8.5 밀) 두께의 장벽 개질된 표면 형성 필름(20)을 공구에 적용하였는데, 장벽 층을 공구에 가장 근접시키고 접착제 층을 노출시킨 상태로 적용하였다. 이어서, 헥셀로부터 7781 38 F164-6으로서 입수가능한 직조 유리섬유 7781 천(101) 내로 함침된 2 플라이 에폭시 수지를 적용하였다. 이어서, 헥셀로부터 HRP-3/16-8.00으로서 입수가능한, 내열성 페놀계 수지를 포함하는, 1.3 ㎝(1/2 인치) 두께의 유리 천 보강 육각형 허니콤 코어(103)를 적용하였다. 마지막으로, 헥셀로부터 7781 38 F164-6으로서 입수가능한 직조 유리섬유 7781 천(101) 내로 함침된 2개의 추가 플라이 에폭시 수지를 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 저압 1½ 시간 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
접착 필름 상에 하나의 장벽 필름을 갖는 경화된 코어 라미네이트(81)
도 4를 참고하면, 에폭시 수지 함침 유리 섬유 천(101), 유리 천 보강 허니콤 코어(103) 및 장벽 개질된 표면 형성 필름(24)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(81)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 상기에 기술된 바와 같이 제조된 342.9 마이크로미터(13.5 밀) 두께의 장벽 개질된 표면 형성 필름(24)을 공구에 적용하였는데, 장벽 층을 공구에 가장 근접시키고 접착제 층을 노출시킨 상태로 적용하였다. 이어서, 헥셀로부터 7781 38 F164-6으로서 입수가능한 직조 유리섬유 7781 천(101) 내로 함침된 2 플라이 에폭시 수지를 적용하였다. 이어서, 헥셀로부터 HRP-3/16-8.00으로서 입수가능한, 내열성 페놀계 수지를 포함하는, 1.3 ㎝(1/2 인치) 두께의 유리 천 보강 육각형 허니콤 코어(103)를 적용하였다. 마지막으로, 헥셀로부터 7781 38 F164-6으로서 입수가능한 직조 유리섬유 7781 천(101) 내로 함침된 2개의 추가 플라이 에폭시 수지를 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 저압 1½ 시간 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
접착 필름 상에 2개의 장벽 필름을 갖는 경화된 코어 라미네이트(62)
도 5를 참고하면, 에폭시 수지 함침 유리 섬유 천(101), 유리 천 보강 허니콤 코어(103) 및 다층상의 장벽 개질된 표면 형성 필름(21)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(62)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 상기에 기술된 바와 같이 제조된 266.7 마이크로미터(10.5 밀) 두께의 다층상의 장벽 개질된 표면 형성 필름(21)을 공구에 적용하였는데, 장벽 층을 공구에 가장 근접시키고 접착제 층을 노출시킨 상태로 적용하였다. 이어서, 헥셀로부터 7781 38 F164-6으로서 입수가능한 직조 유리섬유 7781 천(101) 내로 함침된 2 플라이 에폭시 수지를 적용하였다. 이어서, 헥셀로부터 HRP-3/16-8.00으로서 입수가능한, 내열성 페놀계 수지를 포함하는, 1.3 ㎝(1/2 인치) 두께의 유리 천 보강 육각형 허니콤 코어(103)를 적용하였다. 마지막으로, 헥셀로부터 7781 38 F164-6으로서 입수가능한 직조 유리섬유 7781 천(101) 내로 함침된 2개의 추가 플라이 에폭시 수지를 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 저압 1½ 시간 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
접착 필름 상에 2개의 장벽 필름을 갖는 경화된 코어 라미네이트(82)
도 6을 참고하면, 에폭시 수지 함침 유리 섬유 천(101), 유리 천 보강 허니콤 코어(103) 및 다층상의 장벽 개질된 표면 형성 필름(26)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(82)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 상기에 기술된 바와 같이 제조된 393.7 마이크로미터(15.5 밀) 두께의 다층상의 장벽 개질된 표면 형성 필름(26)을 공구에 적용하였는데, 장벽 층을 공구에 가장 근접시키고 접착제 층을 노출시킨 상태로 적용하였다. 이어서, 헥셀로부터 7781 38 F164-6으로서 입수가능한 직조 유리섬유 7781 천(101) 내로 함침된 2 플라이 에폭시 수지를 적용하였다. 이어서, 헥셀로부터 HRP-3/16-8.00으로서 입수가능한, 내열성 페놀계 수지를 포함하는, 1.3 ㎝(1/2 인치) 두께의 유리 천 보강 육각형 허니콤 코어(103)를 적용하였다. 마지막으로, 헥셀로부터 7781 38 F164-6으로서 입수가능한 직조 유리섬유 7781 천(101) 내로 함침된 2개의 추가 플라이 에폭시 수지를 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 저압 1½ 시간 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
EAF, 접착 필름 및 2개의 장벽 필름을 갖는 경화된 라미네이트(63)
도 7을 참고하면, 에폭시 수지 함침 유리 섬유 천(101) 및 다층상의 장벽 개질된 전도성 표면 형성 필름(22)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(63)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 상기에 기술된 바와 같이 제조된 368.3 마이크로미터(14.5 밀) 두께의 다층상의 장벽 개질된 표면 형성 필름(22)을 공구에 적용하였는데, 펴진 알루미늄 포일(501)을 공구에 가장 근접시키고 장벽 층을 노출시킨 상태로 적용하였다. 마지막으로, 헥셀로부터 7781 38 F164-6으로서 입수가능한 직조 유리섬유 7781 천(101) 내로 함침된 6 플라이 에폭시 수지를 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 저압 2시간 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
EAF, 접착 필름, 및 VEM의 각각의 면의 장벽 층을 갖는 경화된 라미네이트(83)
도 8을 참고하면, 에폭시 수지 함침 유리 섬유 천(101) 및 개질된 점탄성 전도성 표면 형성 필름(23)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(83)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 상기에 기술된 바와 같이 제조된 381 마이크로미터(15 밀) 두께의 개질된 점탄성 전도성 표면 형성 필름(23)을 공구에 적용하였는데, 펴진 알루미늄 포일(501)을 공구에 가장 근접시키고 장벽 층을 노출시킨 상태로 적용하였다. 마지막으로, 헥셀로부터 7781 38 F164-6으로서 입수가능한 직조 유리섬유 7781 천(101) 내로 함침된 6 플라이 에폭시 수지를 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 저압 2시간 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
경화된 라미네이트 - 하나의 장벽 필름을 갖는 CRFP(85)
도 12를 참고하면, 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 테이프(100) 및 플루오로중합체 표면 형성 필름(208)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(85)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 25.4 마이크로미터(1 밀) 두께의 플루오로중합체 필름(208)을 공구에 적용하였다. 이어서, 사이텍으로부터 사이콤 970/PWC FT300 3K UT로서 입수가능한 흑연 천 3K-70-PW인 1 플라이 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100)을 적용하였다. 이어서, 토레이(Toray)로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 8 플라이 에폭시 수지 함침 단일방향 흑연 섬유(102)들을 적용하였다. 마지막으로, 사이텍으로부터 사이콤 970/PWC FT300 3K UT로서 입수가능한 흑연 천 3K-70-PW인 1 플라이 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100)을 적용하였다. 상기에 열거된 각각의 유형의 플루오로중합체 필름(208)을 사용하여 별개의 시편을 생성하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
경화된 라미네이트 - 접착 필름 상에 하나의 장벽 필름을 갖는 CRFP(86)
도 13을 참고하면, 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 테이프(100) 및 다층상의 표면 형성 필름(25)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(86)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 상기에 기술된 바와 같이 제조된 228.6 마이크로미터(9 밀) 두께의 장벽 개질된 표면 형성 필름(25)을 공구에 적용하였는데, 플루오로중합체 장벽 층을 공구에 가장 근접시키고 접착제 층을 노출시킨 상태로 적용하였다. 이어서, 사이텍으로부터 사이콤 970/PWC FT300 3K UT로서 입수가능한 흑연 천 3K-70-PW인 1 플라이 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100)을 적용하였다. 이어서, 토레이(Toray)로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 8 플라이 에폭시 수지 함침 단일방향 흑연 섬유(102)들을 적용하였다. 마지막으로, 사이텍으로부터 사이콤 970/PWC FT300 3K UT로서 입수가능한 흑연 천 3K-70-PW인 1 플라이 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100)을 적용하였다. 상기에 열거된 각각의 유형의 플루오로중합체 필름(208)을 사용하여 제조된 각각의 다층상의 표면 형성 필름(25)을 사용하여 별개의 시편을 생성하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
투명 EMI 차폐체를 갖는 경화된 CFRP 라미네이트(70)
도 9를 참고하면, 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100) 및 다층상의 투명 EMI 차폐 표면 형성 필름(30)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 준비하였다. 먼저, 상기에 기술된 바와 같이 제조된 101.6 마이크로미터(4 밀)의 다층상의 투명 EMI 차폐 표면 형성 필름(30)을 공구에 적용하였는데, 101.6 마이크로미터(4 밀)의 폴리에스테르 필름(207)을 공구에 가장 근접시킨 상태로 적용하였다. 마지막으로, 사이텍으로부터 사이콤(Cycom) 970/PWC FT300 3K UT로서 입수가능한 흑연 천 3K-70-PW인 7 플라이 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100)을 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
ECF, 표면 형성 필름 및 투명 EMI 차폐재를 갖는 경화된 CFRP 라미네이트(71)
도 10을 참고하면, 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100) 및 다층상의 EMI 차폐재를 갖는 전도성 표면 형성 필름(31)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(71)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 상기에 기술된 바와 같이 제조된, 304.8 마이크로미터(12 밀)의 다층상의 EMI 차폐재를 갖는 전도성 표면 형성 필름(31)을 공구에 적용하였는데, 101.6 마이크로미터(4 밀)의 폴리에스테르 필름(207)을 공구에 가장 근접시킨 상태로 적용하였다. 마지막으로, 사이텍으로부터 사이콤(Cycom) 970/PWC FT300 3K UT로서 입수가능한 흑연 천 3K-70-PW인 7 플라이 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100)을 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
전도성 플루오로중합체 장벽 층을 갖는 경화된 CFRP 라미네이트(72)
도 14를 참고하면, 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100) 및 전도성 플루오로중합체 장벽 층(513)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(72)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 25.4 마이크로미터(1 밀) 두께의 전도성 플루오로중합체 장벽 층(513)을 공구에 제공하였다. 이어서, 사이텍으로부터 사이콤 970/PWC FT300 3K UT로서 입수가능한 흑연 천 3K-70-PW인 1 플라이 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100)을 적용하였다. 이어서, 토레이(Toray)로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 8 플라이 에폭시 수지 함침 단일방향 흑연 섬유(102)들을 적용하였다. 마지막으로, 사이텍으로부터 사이콤 970/PWC FT300 3K UT로서 입수가능한 흑연 천 3K-70-PW인 1 플라이 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100)을 적용하였다. 상기에 열거된 각각의 유형의 전도성 플루오로중합체 장벽 층(513)을 사용하여 별개의 시편을 생성하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
장벽 층 상에 전도성 포일을 갖는 경화된 CFRP 라미네이트(74)
도 15를 참고하면, 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100) 및 전도성 표면 형성 필름(33)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(74)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 상기에 기술된 바와 같이 제조된 25.4 마이크로미터(1 밀)의 전도성 표면 형성 필름(33)을 공구에 적용하였는데, 플루오로중합체 장벽 층을 공구에 가장 근접시키고 금속 층을 노출시킨 상태로 적용하였다. 마지막으로, 사이텍으로부터 사이콤 970/PWC FT300 3K UT로서 입수가능한 흑연 천 3K-70-PW인 8 플라이 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(100)을 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
전도성 표면 형성된 장벽 층을 갖는 경화된 CFRP 라미네이트(75)
도 16을 참고하면, 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(102) 및 전도성 표면 형성 필름(504)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(75)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 공구에 시마 나노텍(Cima NanoTech)으로부터 입수가능한 전도성 표면 형성 필름(504)을 적용하였는데, 이는 전도성 표면을 형성하도록 하나의 면 상에서 은 나노입자(503)로 코팅되고 건조된 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름(201)이다. 폴리에스테르 필름(201)을 공구에 가장 근접시키고 전도성 층(503)을 노출시킨 상태로 전도성 표면 형성 필름(504)을 적용하였다. 마지막으로, 토레이로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 8 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)들을 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
전도성 표면 형성된 장벽 층을 갖는 경화된 CFRP 라미네이트(76)
도 17을 참고하면, 에폭시 수지 함침 탄소 섬유 천(102) 및 전도성 표면 형성 필름(34)을 제공하였고 이를 사용하여 복합 시편(76)을 제조하였다. 보다 구체적으로는, 상기의 "복합 부품의 일반적인 툴링 및 배깅"에 기술된 바와 같이 하기의 재료들을 조립하고 제조하였다. 먼저, 상기에 기술된 바와 같이 제조된, 300 ㎚ 두께의 구리 스크린(34)을 갖는 50.8 마이크로미터(2 밀)의 투명 폴리에스테르 필름을 공구에 적용하였는데, 폴리에스테르 표면을 공구에 가장 근접시키고 전도성 면을 노출시킨 상태로 적용하였다. 마지막으로, 토레이로부터 P2353U 19 152로서 입수가능한 8 플라이 에폭시 수지 함침된 단일방향 흑연 섬유(102)들을 적용하였다. 상기의 "복합 부품의 고압 경화"에 기술된 바와 같이 이 조립체 내의 경화성 수지를 경화시켰다.
평가
경화 후, 실시예 60, 80C, 84C, 61, 81, 62, 82, 63, 83, 85, 86, 70, 및 71로부터의 쿠폰을 표면 결함에 대하여 검사하였다. 이들 관찰로부터의 결과가 표 1에 보고되어 있다.
실시예 61, 81, 62, 82, 85, 86, 70 및 71 모두는 UV 흡수제 또는 안정제를 갖는 하나 이상의 장벽 층을 포함하였다. 실시예 63은 복합 적층체의 전도성 금속 메시와 섬유 보강재 사이에 장벽 층을 포함하였다. 실시예 83은 복합 적층체의 전도성 금속 메시와 섬유 보강재 사이에 장벽 층 및 점탄성 진동 감쇠 층을 포함하였다.
Figure 112011053272016-pct00002
경화 후, 실시예 84C, 85, 86, 72, 74, 75, 및 76으로부터의 쿠폰을 쿠폰의 선택된 전자기 특성 및 페인트 스트리퍼(stripper)에 대한 저항에 대하여 조사하였다. 관찰이 표 2에 보고되어 있다.
Figure 112011053272016-pct00003
Figure 112011053272016-pct00004
본 발명의 범주 및 원리로부터 벗어남 없이 본 발명의 다양한 변형 및 변경이 당업자에게 명백해질 것이며, 본 발명은 상기에 개시된 예시적인 실시 형태들로 부당하게 제한되지 않음이 이해되어야 한다.

Claims (52)

  1. 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트(fiber reinforced resin matrix composite laminate)로서,
    a) 경화된 수지 매트릭스를 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스의 적어도 하나의 층; 및
    b) 경화된 수지 매트릭스에 결합되고 라미네이트의 표면을 형성하며,
    i) 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 적어도 하나의 장벽 층(barrier layer)으로서, 메틸렌 클로라이드, 벤질 알코올 및 가솔린에 대해 실질적으로 불투과성인 장벽 층, 및
    ii) 180℃ 초과의 온도에서는 6시간 미만 내에 경화되고, 25℃ 미만의 온도에서는 48시간 내에 경화하지 않는 고온 경화 접착제로부터 유도되는 적어도 하나의 경화된 접착제 층
    을 포함하는 표면 형성 구조물(surfacing construction)을 포함하며,
    적어도 하나의 경화된 접착제 층은 경화된 수지 매트릭스에 결합되고,
    장벽 층(들)은 경화된 접착제 층(들)의 조성과는 상이한 조성을 갖고, 장벽 층(들)은 경화된 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖고, 경화된 접착제 층(들)은 경화된 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트.
  2. 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트의 제조 방법으로서,
    a) 경화성 수지 매트릭스를 포함하는 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스를 제공하는 단계;
    b) i) 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 적어도 하나의 장벽 층으로서, 메틸렌 클로라이드, 벤질 알코올 및 가솔린에 대해 실질적으로 불투과성인 장벽 층, 및
    ii) 적어도 하나의 경화성 접착제 층
    을 포함하는 표면 형성 구조물을 제공하는 단계;
    c) 라미네이트의 원하는 형상과는 반대인 형상을 갖는 공구(tool)를 제공하는 단계;
    d) 표면 형성 구조물이 공구와 접촉되고 적어도 하나의 경화성 접착제 층이 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스와 접촉되는 상태로, 표면 형성 구조물 및 경화성 섬유 보강 수지 매트릭스를 공구 내에 적층하는 단계; 및
    e) 경화성 수지 매트릭스 및 경화성 접착제 층을 경화시켜 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트를 제조하는 단계를 포함하며,
    장벽 층(들)은 경화성 접착제 층(들)의 조성과는 상이한 조성을 갖고, 장벽 층(들)은 경화성 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖는 방법.
  3. 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트로서,
    a) 경화된 수지 매트릭스를 포함하는 섬유 보강 수지 매트릭스의 적어도 하나의 층; 및
    b) 경화된 수지 매트릭스에 결합되고 라미네이트의 표면을 형성하며,
    i) 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 적어도 하나의 장벽 층으로서, 메틸렌 클로라이드, 벤질 알코올 및 가솔린에 대해 실질적으로 불투과성인 장벽 층, 및
    ii) 적어도 하나의 전기 전도성 층
    을 포함하는 표면 형성 구조물을 포함하며,
    장벽 층(들)은 경화된 수지 매트릭스의 조성과는 상이한 조성을 갖는 섬유 보강 수지 매트릭스 복합 라미네이트.
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